Sejak akhir tahun 1920-an, para astronom telah menyedari hakikat bahawa Alam Semesta berada dalam keadaan pengembangan. Pada mulanya diramalkan oleh Teori Relativiti Umum Einstein, kesedaran ini terus berlaku untuk memberitahu model kosmologi yang paling banyak diterima - Teori Big Bang. Namun, keadaan menjadi agak membingungkan pada tahun 1990-an, ketika pemerhatian yang meningkat menunjukkan bahawa kadar pengembangan Alam Semesta telah meningkat selama berbilion tahun.
Ini membawa kepada teori Tenaga Gelap, kekuatan misterius yang tidak dapat dilihat yang mendorong pengembangan kosmos. Sama seperti Dark Matter yang menjelaskan "kehilangan jisim", maka perlu untuk mencari tenaga yang sukar difahami ini, atau sekurang-kurangnya memberikan kerangka teori yang koheren untuknya. Satu kajian baru dari University of British Columbia (UBC) bertujuan untuk melakukan itu dengan menyatakan bahawa Alam Semesta berkembang kerana turun naik ruang dan waktu.
Kajian - yang baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Kajian Fizikal D - diketuai oleh Qingdi Wang, seorang pelajar PhD dengan Jabatan Fizik dan Astronomi di UBC. Di bawah pengawasan Profesor UBC William Unruh (orang yang mengusulkan Kesan Unruh) dan dengan bantuan dari Zhen Zhu (pelajar PhD lain di UBC), mereka memberikan pengambilan baru mengenai Dark Energy.
Pasukan ini memulakan dengan menangani ketidakkonsistenan yang timbul dari dua teori utama yang bersama-sama menjelaskan semua fenomena alam di Alam Semesta. Teori-teori ini tidak lain adalah Relativiti Umum dan mekanik kuantum, yang secara berkesan menjelaskan bagaimana Alam Semesta berperilaku pada skala yang paling besar (iaitu bintang, galaksi, kelompok) dan terkecil (zarah subatom).
Malangnya, kedua-dua teori ini tidak konsisten dalam masalah kecil yang dikenali sebagai graviti, yang masih belum dapat dijelaskan oleh saintis dari segi mekanik kuantum. Kewujudan Tenaga Gelap dan pengembangan Alam Semesta adalah titik perselisihan lain. Sebagai permulaan, teori calon seperti tenaga vakum - yang merupakan salah satu penjelasan paling popular untuk Tenaga Gelap - menimbulkan ketidakseimbangan serius.
Menurut mekanik kuantum, tenaga vakum akan mempunyai ketumpatan tenaga yang sangat besar. Tetapi jika ini benar, maka Relativiti Umum meramalkan bahawa tenaga ini akan mempunyai kesan graviti yang sangat kuat, yang akan cukup kuat sehingga menyebabkan Alam Semesta meletup dalam ukuran. Seperti yang disampaikan oleh Prof Unruh dengan Space Magazine melalui e-mel:
"Masalahnya adalah bahawa setiap pengiraan naif mengenai tenaga vakum memberikan nilai yang besar. Sekiranya seseorang menganggap bahawa ada beberapa jenis pemotongan maka seseorang tidak dapat memperoleh ketumpatan tenaga jauh lebih besar daripada ketumpatan tenaga Planck (atau sekitar 1095 Joules / meter³) kemudian seseorang mendapat pemalar Hubble - skala masa di mana Alam Semesta kira-kira dua kali ganda ukuran - mengikut urutan 10-44 sek. Oleh itu, pendekatan biasa adalah dengan mengatakan bahawa entah bagaimana sesuatu mengurangkannya sehingga seseorang mendapat kadar pengembangan sebenarnya sekitar 10 bilion tahun. Tetapi "entah bagaimana" itu cukup misteri dan tidak ada yang tampil dengan mekanisme yang separuh meyakinkan. "
Walaupun saintis lain telah berusaha mengubah teori Relativiti Umum dan mekanik kuantum untuk menyelesaikan ketidakkonsistenan ini, Wang dan rakan-rakannya mencari pendekatan yang berbeza. Seperti yang dijelaskan Wang kepada Space Magazine melalui e-mel:
"Kajian sebelumnya sama ada cuba mengubah mekanik kuantum dalam beberapa cara untuk menjadikan tenaga vakum kecil atau cuba mengubah Relativiti Umum dalam beberapa cara untuk membuat graviti mati rasa untuk tenaga vakum. Walau bagaimanapun, mekanik kuantum dan Relativiti Umum adalah dua teori paling berjaya yang menjelaskan bagaimana Alam Semesta kita berfungsi ... Daripada cuba mengubah mekanik kuantum atau Relativiti Umum, kita percaya bahawa kita harus terlebih dahulu memahaminya dengan lebih baik. Kami memandang serius ketumpatan tenaga vakum yang diramalkan oleh mekanik kuantum dan membiarkannya bergeser mengikut Relativiti Umum tanpa mengubah salah satu daripadanya. "
Untuk kajian mereka, Wang dan rakan-rakannya melakukan set pengiraan baru mengenai tenaga vakum yang mengambil kira ketumpatan tenaga tinggi yang diramalkan. Mereka kemudian mempertimbangkan kemungkinan bahawa pada skala terkecil - berbilion kali lebih kecil daripada elektron - kain ruang masa mengalami fluktuasi liar, berayun pada setiap titik antara pengembangan dan pengecutan.
Ketika bergoyang-goyang, hasil ayunan ini adalah kesan bersih di mana Alam Semesta berkembang dengan perlahan, tetapi pada kecepatan yang semakin cepat. Setelah melakukan pengiraan mereka, mereka menyatakan bahawa penjelasan seperti itu sesuai dengan kewujudan ketumpatan tenaga vakum kuantum dan Relativiti Umum. Selain itu, ia juga sesuai dengan apa yang telah diperhatikan oleh para saintis di Alam Semesta kita selama hampir satu abad. Seperti yang dijelaskan oleh Unruh:
"Pengiraan kami menunjukkan bahawa seseorang dapat secara konsisten menganggap [bahawa] Alam Semesta dengan skala terkecil sebenarnya berkembang dan berkontrak pada kadar yang sangat tidak masuk akal; tetapi secara besar-besaran, kerana rata-rata skala kecil itu, fizik tidak akan menyedari bahawa 'buih kuantum'. Ia mempunyai kesan sisa kecil dalam memberikan pemalar kosmologi yang berkesan (kesan jenis tenaga gelap). Dalam beberapa cara, ia seperti ombak di lautan yang bergerak seolah-olah lautan benar-benar halus tetapi kita benar-benar tahu bahawa terdapat tarian atom yang luar biasa yang membentuk air, dan gelombang rata-rata di atas turun naik tersebut, dan bertindak seolah-olah permukaannya licin. "
Berbeza dengan teori-teori yang bertentangan mengenai Alam Semesta di mana pelbagai kekuatan yang mengaturnya tidak dapat diselesaikan dan mesti saling membatalkan, Wang dan rakan-rakannya memberikan gambaran di mana Alam Semesta sentiasa bergerak. Dalam senario ini, kesan tenaga vakum sebenarnya membatalkan diri, dan juga menimbulkan pengembangan dan percepatan yang kita amati selama ini.
Walaupun terlalu awal untuk diberitahu, gambar Alam Semesta ini yang sangat dinamis (bahkan pada skala terkecil) dapat merevolusikan pemahaman kita tentang ruang-waktu. Paling tidak, penemuan teori ini pasti dapat merangsang perdebatan dalam komuniti saintifik, serta eksperimen yang dirancang untuk menawarkan bukti langsung. Dan, seperti yang kita ketahui, adalah satu-satunya cara kita dapat memajukan pemahaman kita mengenai perkara ini yang dikenali sebagai Alam Semesta.
